一种血管体外应力培养装置及培养系统的制作方法
【专利摘要】一种血管体外应力培养装置及培养系统，该装置在培养槽两侧同轴设有连接件；连接件内同轴装有第一固定件，连接件外同轴固定有紧固件，紧固件内同轴内装有第二固定件，第一、二固定件内分别同轴开有第三、四通孔；第一、二固定件间设有密封圈；血管连接管穿过第四通孔、密封圈和第三通孔伸入培养槽内。该装置能提高血管与血管连接管的同轴性，且密封性好。该系统中缓冲瓶通过输入、输出管道与血管体外应力培养装置形成回路；输入管道上设有恒流泵和流量传感器，输出管道上设有压力传感器；气体调节阀、恒流泵、流量传感器和压力传感器分别与PC机相连。该系统能对培养过程中的压力和流量进行精确控制，提高培养结果的可靠性。
【专利说明】一种血管体外应力培养装置及培养系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于血管体外培养领域，具体涉及一种血管体外应力培养装置及培养 系统。
【背景技术】
[0002] 在正常生理环境中，动脉血管始终处于血压和血流的作用下。血压和血流所引起 的机械应力，即周向应力和切应力，始终作用于血管壁。当这些机械应力发生改变时，就会 导致血管产生功能和结构的适应性变化。在高血压条件下血管的重塑可能就是对增加的机 械应力的一种适应性反应。
[0003] 离体动脉血管培养装置从上世纪90年代开始出现，1995年Nathalie Bardy等设 计了一种血管体外器官培养模型，对兔子的胸主动脉进行体外培养，动脉存活8天以上，是 较为成功的体外培养的血管模型，但其装置略显简单，只能培养大动物的动脉血管（Bardy N, Karilon GL, Merval R, et al.Differential effects of pressure and flow on DNA synthesis and protein synthesis and on fibronection expression by arteries in a novel organ culture system,Cire Res, 1995, 77:684·)。1996 年 Robert 等人利用 狗颈总动脉及人隐静脉进行血管体外培养，其研究重点在于脉动的流体压力，且血管培养 腔的设计存在缺陷，不能经受较长时间的培养，且不能控制定常流（Robert F Labadie，et al. Pulsatile perfusion system for ex vivo investigation of biochemical pathways in intact vascular tissue. Am J Physiol, 1996, 270(Heart Circ Physiol39) :H760.)〇 2001年韩海朝等设计了一套类似的血管体外培养系统，用于研究脉动性高压力作用下 体外培养猪颈总动脉的收缩反应性，该系统也只能模拟脉动血流，而且，无法实现压力和 流量的计算机控制（Han HC，Ku DN. Contractile responses in arteries subjected to hypertensive pressure in seven-day. Organ culture, Annals of Biomedical Engineering, 2001，29 :467.)。以上培养对象均为大动物的动脉血管。在小动物血管的培 养上还存在培养槽和连接导管相互固定不好的问题，例如，培养槽两端固定的连接导管其 同轴性差（即空间上不在一条线上），并存在安装不简便和漏液的缺点。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种血管体外应力培养装置及培养系统，该培养装置 不仅能够提高血管与其两端的血管连接管的同轴性，而且密封性好；该培养系统能够对培 养过程中的压力和流量进行精确控制，提高培养结果的可靠性。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
[0006] -种血管体外应力培养装置，包括培养槽，培养槽上设有上盖，上盖上设有空气过 滤器；培养槽的两侧分别设有连接件，且培养槽两侧的连接件同轴；在连接件的轴线上开 设有第一通孔，第一通孔内装有第一固定件，在第一固定件的轴线上开设有第三通孔；连接 件的外部同轴固定有紧固件，在紧固件的轴线上开设有第二通孔，第二通孔内装有第二固 定件，在第二固定件的轴线上开设有第四通孔；第一固定件和第二固定件之间设有密封圈； 血管连接管从紧固件的外部依次穿过第四通孔、密封圈和第三通孔并伸入培养槽内。
[0007] 所述的血管连接管的外径与待培养血管的内径之比为（1?1. 2) :1。
[0008] 所述的培养槽两侧的连接件之间的距离与待培养血管的长度之比为（2. 5? 3. 5) :1。
[0009] 所述的第三通孔和第四通孔的内径与血管连接管的外径相匹配，密封圈的内径大 于血管连接管的外径。
[0010] 所述的连接件和紧固件通过螺纹连接同轴固定。
[0011] 所述的连接件的外侧设有外螺纹，紧固件内设有凹槽，凹槽上设有与外螺纹匹配 的内螺纹。
[0012] 所述的第一固定件和第二固定件均为T形管，T形管包括管和设置在管一端的凸 台，凸台的外径大于管的外径；
[0013] 所述的密封圈夹在第一固定件的凸台和第二固定件的凸台之间；
[0014] 所述的第一通孔为阶梯型通孔，第一通孔包括与凸台外径相匹配的第一阶孔以及 与管外径相匹配的第二阶孔；
[0015] 所述的第二通孔与管的外径相匹配，第二固定件的凸台位于凹槽内。
[0016] 所述的密封圈的外径与凸台的外径之比为（0. 8?1) :1。
[0017] 所述的第一阶孔的深度为两倍的凸台厚度与0. 5?0. 7倍的密封圈厚度之和。
[0018] 所述的血管体外应力培养装置构建的血管体外应力培养系统，包括缓冲瓶，缓冲 瓶上设有气体入口、培养液入口和培养液出口，气体入口上设有气体调节阀；培养液出口通 过输入管道与血管体外应力培养装置一侧的血管连接管相连，另一侧的血管连接管通过输 出管道与培养液入口相连，构成回路；输入管道上设有恒流泵和流量传感器，输出管道上设 有压力传感器；血管体外应力培养装置的上方设有激光源，下方设有感光器；气体调节阀、 恒流泵、流量传感器、压力传感器和激光源分别与PC机相连。
[0019] 相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：
[0020] 本实用新型提供的血管体外应力培养装置，由于第一通孔开设在连接件的轴线 上，紧固件同轴固定在连接件外部，第二通孔开设在紧固件的轴线上，所以第一通孔和第二 通孔同轴；而且第一通孔内装有第一固定件，第二通孔内装有第二固定件，在第一固定件的 轴线上开设有第三通孔；在第二固定件的轴线上开设有第四通孔，所以第三通孔和第四通 孔同轴；第一固定件和第二固定件之间设有密封圈；血管连接管从紧固件的外部依次穿过 第四通孔、密封圈和第三通孔并伸入培养槽内，血管连接管被第三通孔和第四通孔限位，能 够很好的保持与第三通孔和第四通孔的同轴性，另外由于培养槽两侧的连接件同轴，因此 培养槽两侧的血管连接管也能达到高度同轴性的要求，在进行血管培养实验时，血管的两 端分别套在培养槽内同轴相对的两个血管连接管的两端，能够满足各种粗细的血管在培养 过程中对同轴性的要求，提高血管的活性和实验结果的可靠性。另外由于在第一固定件和 第二固定件之间设置密封圈，在将紧固件固定在连接件上时，第二固定件会向第一固定件 压紧，从而导致密封圈被挤压变形，达到良好的密封效果，能够防止培养液向外泄露。本实 用新型中连接件和紧固件的这种固定方式，既解决了血管和血管连接管的连接及固定的同 轴性问题，又解决了血管连接管的密封问题。而且本实用新型还具有结构简单、安装和使用 方便的优点，能够缩短血管挂接到血管连接管的时间，使得血管培养过程中培养液无渗漏。 另外上盖及其上的空气过滤器还可以防尘防污染并维持培养过程的无 菌性。
[0021] 进一步的，本实用新型提供的血管体外应力培养装置中，血管连接管的外径与待 培养血管的内径之比为（1?1. 2) :1，这样将血管套装在血管连接管上时，血管一方面不会 脱落，另一方便也不会被撑的过大而导致血管损伤，从而避免影响实验效果。当需要进行不 同粗细的血管培养时，只需更换相应外径的血管连接管及相应内径的第一固定件和第二固 定件，即可在同一套装置中完成不同内径的血管培养实验过程。
[0022] 进一步的，本实用新型提供的血管体外应力培养装置中，培养槽两侧的连接件之 间的距离与待培养血管的长度之比为（2. 5?3. 5) :1，两个血管连接管分别从培养槽两侧 的连接件穿入培养槽中，将血管固定好后调整其位置，使其位于培养槽的中间位置，则血管 的长度与其两侧的血管连接管伸入培养槽内的部分的长度之比约为1:1: 1，这样一方面便 于将血管固定在血管连接管上，另一方面血管连接管伸入培养槽内的部分的摆动性很小， 能够保证良好的同轴性，而且经试验证实，这样的长度条件下得到的实验结果也更加可靠。
[0023] 进一步的，本实用新型提供的血管体外应力培养装置中，第三通孔和第四通孔的 内径与血管连接管的外径呈无公差配合，能够消除血管连接管的摆动性，同时密封圈的内 径大于血管连接管的外径，保证密封圈在不被挤压的情况下能够轻松穿过血管连接管，而 在被挤压时能对血管连接管起到一定的紧固性。
[0024] 进一步的，本实用新型提供的血管体外应力培养装置中，连接件和紧固件通过螺 纹连接，能够通过螺纹条件紧固程度；而且第一固定件和第二固定件均为T形管，第一通孔 为阶梯型通孔，其尺寸与第一固定件的T形管无公差配合，第二通孔与第二固定件的管的 外径无公差配合，第二固定件的凸台位于凹槽内，密封圈夹在第一固定件的凸台和第二固 定件的凸台之间，密封圈的外径与凸台的外径之比为（0.8?1):1，第一阶孔的深度为两倍 的凸台厚度与〇. 5?0. 7倍的密封圈厚度之和，这样当第一固定件的T形管装进连接件的 第一通孔中后，在其外端再放上密封圈，由于该T形管和密封圈的厚度和小于第一阶孔的 深度，这样当第二固定件的T形管装在紧固螺母中并将紧固件旋紧在连接件上时，第二固 定件的T形管的凸台会进入第一阶孔，挤压时密封圈向其内外两侧发生变形，这样即起到 密封的作用又起到紧固血管连接管的作用，使得血管连接管的固定变得简单方便，且力度 恰到好处。
[0025] 本实用新型提供的血管体外应力培养系统，通过缓冲瓶、输入管道和输出管道一 起与血管体外应力培养装置形成培养液的循环回路，而且通过PC机控制气体调节阀、恒流 泵、流量传感器、压力传感器和激光源，使得系统中的压力和流量能够通过计算机进行实时 的精确控制，省去了人工手动调节后负荷的步骤，大大减低了培养过程中的人工干预负荷， 提高培养结果的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为本实用新型提供的血管体外应力培养装置的结构爆炸图；
[0027] 图2为本实用新型提供的血管体外应力培养装置的连接部分的结构爆炸图；
[0028] 图3为本实用新型提供的血管体外应力培养装置的连接部分的剖视爆炸图；
[0029] 图4为本实用新型提供的血管体外应力培养装置的结构示意图；
[0030] 其中：1为培养槽、2为连接件、3为第一固定件、4为密封圈、5为紧固件、6为血管 连接管、7为第一通孔、8为外螺纹、9为内螺纹、10为第二通孔、11为第二固定件、12为第三 通孔、13为第四通孔、14为凹槽、15为管、16为凸台、17为第一阶孔、18为第二阶孔、19为上 盖、20为空气过滤器、21为气体调节阀、22为缓冲瓶、23为激光源、24为压力传感器、25为 流量传感器、26为恒流泵、27为液体入口、28为培养液入口、29为培养液出口、30为感光器、 31为PC机、32为输出管道、33为输入管道、34为血管体外应力培养装置、35为待培养血管。
【具体实施方式】
[0031] 动脉血管培养过程中如果血管和两端的血管连接管的同轴性差，培养液（灌流 液）在培养血管中的流线形式会发生改变，这对培养血管会造成一定的损伤，改变血管培 养实验的结果。血管和其两端的血管连接管的同轴性要求与培养血管的内径有关，内径越 小其要求越高。大鼠动脉血管的内径（s 1mm)比目前已有培养动物的动脉血管内径要小 8?10倍以上，因此要求非常高的同轴性。而且目前血管连接管和培养槽的固定方式，大多 数是采用在修改连接管上外套一定壁厚的橡胶管作为培养槽和修改连接管的固定和密封 材料，橡胶材料使用过程中软硬程度无法一致，势必造成固定过程中同轴性差的原因，修改 连接管的外径大小不能随意改变，无法配合不同内径的血管，这种方式如果用在内径更小 的大鼠动脉血管的培养上效果一定很差。
[0032] 因此本实用新型进行了以下两个方面的改进：①系统的压力和流量实现计算机控 制；②改进血管两端的血管连接管和培养槽的固定方式，提高同轴性和密封性，以适应包括 大鼠离体动脉血管在内的各种内径的离体血管的培养。
[0033] 下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0034] 参见图1至图3,本实用新型提供的血管体外应力培养装置，包括培养槽1，培养槽 1上设有上盖19,上盖19上设有空气过滤器20。培养槽1的两侧分别设有连接件2,且培 养槽1两侧的连接件2同轴；培养槽1两侧的连接件2之间的距离与待培养血管35的长度 之比为（2. 5?3.5): 1。在连接件2的轴线上开设有第一通孔7,第一通孔7内装有第一固 定件3,在第一固定件3的轴线上开设有第三通孔12。第一固定件3为T形管，T形管包括 管15和设置在管15 -端的凸台16,凸台16的外径大于管15的外径；第一通孔7为阶梯型 通孔，第一通孔7包括与凸台16外径相匹配的第一阶孔17以及与管15外径相匹配的第二 阶孔18。连接件2的外侧设有外螺纹8,紧固件5内设有凹槽14,凹槽14上设有与外螺纹 8匹配的内螺纹9,连接件2和紧固件5通过螺纹连接同轴固定。在紧固件5的轴线上开设 有第二通孔10,第二通孔10内装有第二固定件11，在第二固定件11的轴线上开设有第四 通孔13。第二固定件11为T形管，T形管包括管15和设置在管15 -端的凸台16,凸台16 的外径大于管15的外径；第二通孔10与管15的外径相匹配，第二固定件11的凸台位于凹 槽14内。第一固定件3的凸台16和第二固定件11的凸台16之间设有密封圈4 ;密封圈 4的外径与凸台16的外径之比为（0. 8?1) : 1。第一阶孔17的深度为两倍的凸台16厚度 与0. 5?0. 7倍的密封圈4厚度之和。血管连接管6从紧固件5的外部依次穿过第四通孔 13、密封圈4和第三通孔12并伸入培养槽1内。第三通孔12和第四通孔13的内径与血管 连接管6的外径相匹配，密封圈4的内径大于血管连接管6的外径。血管连接管6的外径 与待培养血管35的内径之比为（1?1. 2) : 1。
[0035] 参见图4,本实用新型提供的血管体外应力培养系统，包括缓冲瓶22,缓冲瓶23上 设有气体入口 27、培养液入口 28和培养液出口 29,气体入口 27上设有气体调节阀21 ;培 养液出口 29通过输入管道33与血管体外应力培养装置34 -侧的血管连接管6相连，另一 侧的血管连接管6通过输出管道32与培养液入口 28相连，构成回路；输入管道33上设有 恒流泵26和流量传感器25,输出管道32上设有压力传感器24 ;血管体外应力培养装置34 的上方设有激光源23,下方设有感光器30 ;气体调节阀21、恒流泵26 (BT100-1L，兰格恒流 泵有限公司，中国）、流量传感器25、压力传感器24和激光源23分别与PC机31相连。输 入管道和输出管道为不锈钢材质，其外径与血管连接管的内径相匹配。
[0036] 本实用新型在使用时，将血管体外应力培养系统的所有管道及组件通过高温无菌 消毒，在超净台中进行组装连接，然后将新鲜的颈总动脉从麻醉后的大鼠上取出，移至超净 台，在体视镜下进行修整和冲洗，然后迅速将血管两端绑扎在培养槽中的两边的血管连接 管上，使整个培养系统形成一个通路,培养液由恒流泵驱动，此时培养槽和缓冲瓶中已经分 别到入251111和751111培养液〇)1^1，10%小牛血清（办(：1〇1^，1^ 8&11，^')，抗生素]。将整个 血管体外应力培养系统移置在培养箱中，在37°C并通以5% C02与95%空气（体积分数） 的混合气的条件下进行培养。培养过程中，可以通过PC机设置好血管培养过程中各时间 段的血管压力（±2mmHg)和流量（±0.2mL)，血管内压力的控制通过压力传感器和缓冲瓶 上的气体调节阀来控制。流量检测和控制是通过流量传感器的检测和恒流泵的转速来实现 的，T形管的结构能够用来调节培养液流动的脉冲幅度。培养槽内血管的培养外液通过空 气过滤器（0.2 μ m滤膜）与外界进行气体交换。整个实验过程中可以根据安装在培养皿上 的激光测位仪（包括激光源和感光器）实时测量出血管的外径（±3 μ m)。培养系统中血管 可在不同压力下培养3天（多于3天的血管培养在第3天需要更换灌流的内、外培养液）。 可以收集并检测灌流内、外液中Ang II的浓度。培养血管可以通过原位固定，进一步进行 形态学检测。
[0037] 本实用新型采用PC机、压力传感器、流量传感器以及微型精密的恒流泵实现对系 统的流量和压力的控制。血管连接管和培养槽的固定方式中，针对血管连接管外径尺寸的 不同采用内径不同大小的T形管和血管连接管无缝隙配合，而T形管又被无缝隙配合在连 接件内，T形管外端再添加密封圈和紧固件加以适当固定，这样既解决了血管、血管连接管 和培养槽的连接及固定的同轴性问题，又解决了密封问题。
[0038] 本实用新型可以根据不同内径的血管进行培养，解决了不同部位、不同动物动脉 血管的培养问题，在血管的挂接和固定方式上与以往文献报道的培养装置所使用的方法相 比较，培养血管具有很好的同轴性，操作更加简便，可以节省一半的时间，大大提高了血管 的活性。同时在压力和流量的控制上由于使用了计算机控制单元，省去了过去人工手动调 节后负荷的步骤，大大减低了培养过程中的人工干预负荷。
[0039] 本实用新型提供的血管体外应力培养系统为全封闭系统，压力的控制由进入系统 的混合气体加压和恒流泵的转速及压力传感器控制，流量由恒流泵的转速及流量传感器控 制。当PC机检测到系统的压力值与所设置的压力值不相符时即控制混合气体的气体调节 阀增加进气或减少进气；当PC机检测到系统的流量值与所设置的流量值不相符时，即控制 恒流泵提高转速或减小转速，这样来控制系统的流量和压力的稳定，同时还可以实践不同 时间不同的压力和流量的变化。
[0040] 本实用新型中培养槽和血管连接管的连接和固定使用了 T形套管，一方面可以适 应不同的血管连接管的外径（因为不同的动脉血管有不同的内径），这样一个培养槽可以 做多种动脉血管的培养，另一个方面，Τ形管的使用可以使血管连接管的轴对称性非常好， 因为血管连接管的外径和Τ形管的内径以及Τ形管的外径和连接件的第一通孔的内径都是 无公差配合，消除了血管连接管的摆动。当作为第一固定件的Τ形管装进连接件的第一通 孔中后，在其外端再放上密封圈，由于该Τ形管和密封圈的厚度和小于第一阶孔的深度，这 样当作为第二固定件的Τ形管装在紧固螺母中并将紧固件旋紧在连接件上时，作为第二固 定件的Τ形管的凸台会进入第一阶孔，挤压时密封圈向其内外两侧发生变形，这样即起到 密封的作用又起到紧固血管连接管的作用，使得血管连接管的固定变得简单方便，且力度 恰到好处。特别是当密封圈的外径与凸台外径相同并与第一阶孔无公差配合时，挤压时密 封垫圈只能够向血管连接管的方向变形（即密封圈的圆心方向），这样对血管连接管的紧 固作用更好。
【权利要求】
1. 一种血管体外应力培养装置，其特征在于：包括培养槽（1)，培养槽（1)上设有上盖 (19)，上盖（19)上设有空气过滤器（20);培养槽（1)的两侧分别设有连接件（2)，且培养槽 (1)两侧的连接件（2)同轴；在连接件（2)的轴线上开设有第一通孔（7)，第一通孔（7)内 装有第一固定件（3)，在第一固定件（3)的轴线上开设有第三通孔（12);连接件（2)的外部 同轴固定有紧固件（5)，在紧固件（5)的轴线上开设有第二通孔（10)，第二通孔（10)内装 有第二固定件（11)，在第二固定件（11)的轴线上开设有第四通孔（13);第一固定件（3)和 第二固定件（11)之间设有密封圈（4);血管连接管（6)从紧固件（5)的外部依次穿过第四 通孔（13)、密封圈（4)和第三通孔（12)并伸入培养槽⑴内。
2. 根据权利要求1所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的血管连接管（6) 的外径与待培养血管（35)的内径之比为（1?1. 2) : 1。
3. 根据权利要求1所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的培养槽（1)两 侧的连接件（2)之间的距离与待培养血管（35)的长度之比为（2. 5?3. 5) : 1。
4. 根据权利要求1所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的第三通孔（12) 和第四通孔（13)的内径与血管连接管（6)的外径相匹配，密封圈（4)的内径大于血管连接 管（6)的外径。
5. 根据权利要求1-4中任意一项所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的 连接件（2)和紧固件（5)通过螺纹连接同轴固定。
6. 根据权利要求5所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的连接件（2)的 外侧设有外螺纹（8)，紧固件（5)内设有凹槽（14)，凹槽（14)上设有与外螺纹（8)匹配的 内螺纹（9)。
7. 根据权利要求6所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的第一固定件（3) 和第二固定件（11)均为T形管，T形管包括管（15)和设置在管（15) -端的凸台（16)，凸 台（16)的外径大于管（15)的外径； 所述的密封圈（4)夹在第一固定件（3)的凸台（16)和第二固定件（11)的凸台（16) 之间； 所述的第一通孔（7)为阶梯型通孔，第一通孔（7)包括与凸台（16)外径相匹配的第一 阶孔（17)以及与管（15)外径相匹配的第二阶孔（18); 所述的第二通孔（10)与管（15)的外径相匹配，第二固定件（11)的凸台位于凹槽（14) 内。
8. 根据权利要求7所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的密封圈（4)的 外径与凸台（16)的外径之比为（0.8?1):1。
9. 根据权利要求7所述的血管体外应力培养装置，其特征在于：所述的第一阶孔（17) 的深度为两倍的凸台（16)厚度与0. 5?0. 7倍的密封圈（4)厚度之和。
10. -种根据权利要求1-9中任意一项所述的血管体外应力培养装置构建的血管体外 应力培养系统，其特征在于：包括缓冲瓶（22)，缓冲瓶（23)上设有气体入口（27)、培养液入 口（28)和培养液出口（29)，气体入口（27)上设有气体调节阀（21);培养液出口（29)通过 输入管道（33)与血管体外应力培养装置（34) -侧的血管连接管（6)相连，另一侧的血管 连接管（6)通过输出管道（32)与培养液入口（28)相连，构成回路；输入管道（33)上设有恒 流泵（26)和流量传感器（25)，输出管道（32)上设有压力传感器（24);血管体外应力培养 装置（34)的上方设有激光源（23)，下方设有感光器（30);气体调节阀（21)、恒流泵（26)、 流量传感器（25)、压力传感器（24)和激光源（23)分别与PC机（31)相连。
【文档编号】C12M1/34GK203999633SQ201420215681
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】程九华, 马进, 白云刚 申请人:中国人民解放军第四军医大学